鋰電池的平衡充電

duke83

鋰電池的能量密度很高又有多種外型可選算是很好用的二次電池，但是非常怕過充與過放。
過充會爆掉起火，過放會損傷電池容量，所以應該要加上保護板以策安全。
單獨一顆電池好處理但有時需要較高的電壓就需要串連使用，兩個串聯的簡稱 2S，三個串聯的就稱 3S。
串聯充電時問題就來了，電池芯的特性不會相同用固定電壓去充電可能會一顆過充而另一個充不飽。
舉例有兩個 18650 鋰離子的電池串連使用，單顆充電截止電壓是 4.2V，兩顆的截止電壓就是 8.4V。
充電器的設定就是 2S 8.4V，充電快到盡頭時有一顆特性不好電壓比較低為 4.15V，而另一顆卻是充到 4.25V 明顯已經是過充了。
所以就有所謂的平衡充電電路，平衡充電也有所謂的專用管理 IC 在這裡我們先不討論，只講容易取得或自行製作簡單的方法。


第一種方式，泛用充電器，例如 RC 模型的入門 iMAX-B6 充電器。
此充電器內建多種充電電池的電壓電流參數，以鋰電來說可以充到 6S，當然也有平衡充電模式可選用但須接上電池平衡端口後才能工作。

這種充電器電池平衡方式是採用放電的方式，電池組中的哪一顆電池芯電壓高就透過電晶體與電阻給放電放一點掉，可以參考局部的線路圖。

充電時是所有電池一起串聯充，缺點是充電的過程中會執行平衡放電的動作充電時間會拉長。
也有所謂分壓充的充電器，就是每個電池都是分開獨立的充電，比較有效率電池組內的個別電壓也能控制更準確了，但電路數量複雜成本高。


第二種方式，雙電源的實驗電源供應器，如果你要充的電池是 2S 的話。
先打開 Tracking 的開關讓兩組電源的電壓相同調整也同步，電壓先調整好充電的截止電壓。
限流旋鈕先轉到最小處後將正或負輸出分別與地端短路，再慢慢調大電流至適當的充電電流後再放開短路。
正輸出接電池組正端，負輸出接電池組負端，地端接電池組的中間抽頭處，這時就能開始平衡充電了。


第三種方式，DC to DC 電源模組。
兩顆電源模組串連使用也是雙電源供應器，對電池組而言是電池芯獨立充電，連接方式如下。

使用單一電源供給兩個獨立模組定電壓輸出分別充獨立的電池，充電的過程電壓與電流都會不同但到最後電壓一定會相同的。

調好電壓後可以裝到小盒子內做成專用的平衡充電器了，給電動起子或玩具使用。
擔心電池電壓很低時充電電流會過大傷到 DC 電源模組可以加兩顆限流電阻，正與負端各串一顆。
R = (4.2V - 3.2V) / 2A = 0.5 Ohm, Pd = 1V x 2A = 2W


第四種方式，平衡充放電專用線路。
最近看到這個線路修改了一下用麵包板驗證過還不錯用，此電路對電池組的中間抽頭單獨執行充電與放電的工作。



可以用一個標準的現成可變電壓供應器來充電，只要多加此電路就成為平衡充電了。

前面的 VR 在調整兩顆電池的電壓平衡，不想那麼麻煩就拿掉 VR 採用兩顆 1% 的精密電阻也行。
此電路確保兩電池芯的電壓平衡不管電池種類與電壓不同都能合用不須事前設定或調整電壓。
此電路就是 LM358 的耗電，如果改用低耗電的 CMOS OPA 就能讓他長期跟隨著電池組，不管是電池在充電還是在放電都能一直維持電壓的平衡。

LED 電壓表頭是電池組電壓，紅色勾表是平衡端的工作電流，黃色電表是兩個電池的壓差也就是上面線路圖藍色的部分。


好好的對待鋰電池她就能工作的很長久又很安全。
平衡充電可能比較冷門所以相關資料不多，這只是個人的一點小經驗。
ㄧ些類比線路還是使用正負雙電源比較好，要使用兩顆電池來雙電源供電也不困難就是充電電路麻煩，看完這篇的人就知道該怎麼做了。

lazy104

若沒有監控平衡保護電路板存在, 用電源供應器固定4.2V對整串中的一顆顆慢慢充, 到最後每顆的充飽電壓一定會相同. 此時整串電池(每一顆)理論上都是充飽的.

然後對整串電池放電, 觀察每顆Cell 的壓降狀況, 如有電壓掉特別快的, 代表其特性已經跑掉太多, 請直接放棄這顆吧! 再怎麼平衡充放電都是在遷就最差的這顆.

duke83

lazy104 發表於 2016-10-27 04:11 PM
若沒有監控平衡保護電路板存在, 用電源供應器固定4.2V對整串中的一顆顆慢慢充, 到最後每顆的充飽電壓一定會 ...

平常就有使用平衡充電的機制，不太優的電池就不會死的快。
不優的電池內組高，充電時電壓昇的快放電時電壓也降的快，平衡充讓這顆不優電池電壓不會超過電壓限制而不會更快速陣亡。
是一種延長電池整體壽命的機制，也讓有限的寶貴電量能夠完整的被使用到。

電動機與電池技術快要取代內燃機了，電池的相關電子技術也要跟著進步才行。

jason680

第三種方式，DC to DC 電源模組。

感覺怪怪的....
上面的電源模組 DC in = 6V 沒問題
但下面電源模組的 DC in (G)等同沒接,且 Vin 跟 Vout相差6V
如果VG = -4.2 V
一來 Vin 跟VG 差 6V - (-4.2V) = 10.2V (電源端沒提供這個電壓)
二來 接上電池,電池本身就是 電壓源,難不成是反過來(電池)放電,照成 負電壓....

duke83

jason680 發表於 2016-10-27 05:33 PM
第三種方式，DC to DC 電源模組。

感覺怪怪的....

這種接法不是我發明的有下面的照片可以證明會工作，而且我已經用了有一段時間。
再想想或拿兩個模組來接接看，我先不解釋。

SIMON1016

jason680 發表於 2016-10-27 04:33 PM
第三種方式，DC to DC 電源模組。

感覺怪怪的....

正壓轉負壓 的 結構   與  降壓式  結構  十分相似

兩種結構 推敲比較一下  應該有收穫
截圖來源: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2596.pdf
   

雨知波自行維修

這支勾錶，應該不錯用吧，

duke83

雨知波自行維修 發表於 2016-10-27 09:28 PM
這支勾錶，應該不錯用吧，

只有方便但精確度就不能要求了，是不同水平的。

jason680

SIMON1016 發表於 2016-10-27 09:14 PM
正壓轉負壓 的 結構   與  降壓式  結構  十分相似

兩種結構 推敲比較一下  應該有收穫

你說的是其中一種... 可以理解,

但我說的怪怪的是,它的標題, "第三種方式，DC to DC 電源模組"
並不是所有的 DC to DC都可以這樣工作吧...